TSMC, 고급 AI 칩 패키징(CoWoS) 공정의 제3자 공급업체 아웃소싱 확대로 지속적 병목 현상 완화

타이완세미컨덕터제조공사(TSMC)는 인공지능(AI) 칩 생산의 핵심 공정인 아웃소싱을 확대하고 있으며, 이는 AI 가속기 공급을 제약해 온 지속적인 제조 병목 현상을 완화하기 위한 전략적 조치다.

업계 소식통에 따르면 TSMC는 ASE 테크놀로지 홀딩스를 포함한 아웃소싱 반도체 조립 및 테스트(OSAT) 업체들에게 자체 고급 CoWoS 공정의 일부 단계인 CoW(칩 온 웨이퍼) 패키징 단계를 추가로 위탁하기로 결정했다. 이에 따라 주요 OSAT 기업들은 새로운 생산 라인 구축을 위해 장비 주문을 진행하고 있으며, 한국 소재·부품·장비 업체들과의 구매 계약 논의가 진행 중인 것으로 알려졌다. 투자 규모는 공개되지 않았으나 기존 생산 능력을 크게 향상시킬 것으로 예상된다.

CoWoS는 AI 칩 제조에 필수적인 TSMC의 독점 2.5D 패키징 기술이다. 이 공정은 그래픽 처리 장치(GPU)와 같은 프로세서를 중앙에 배치하고 고대역폭 메모리(HBM)로 둘러싼 뒤 인터포저를 다리 역할로 사용해 이를 연결한다. TSMC는 칩을 인터포저에 부착하는 단계를 CoW로 지칭하며, 인터포저를 메인 기판에 본딩하는 단계는 WoS(웨이퍼 온 서브스트레이트)라고 부른다. 역사적으로 TSMC는 ASE, 암코 테크놀로지, SPIL 등 파트너사에 기술을 라이선스하여 WoS 단계의 대부분을 아웃소싱해 왔다. 과거에도 일부 CoW 작업이 외부에 위탁된 바 있으나 그 양은 제한적이었으며, 이번 확대는 중요한 전략적 전환점을 의미한다.

이 같은 결정은 AI 칩에 대한 수요가 끊임없이 증가하고 있음을 반영한다. 엔비디아(NVIDIA)를 선도하여 글로벌 파운드리 없는(fabless) 칩 설계사들과 AI 데이터센터 운영사들이 자체 실리콘 개발과 도입을 늘리고 있으며, 이로 인해 TSMC의 내부 생산 능력만으로는 충족할 수 없는 수요가 발생하고 있다. TSMC는 전 세계 AI 칩 제조 시장의 약 90%를 장악한 것으로 추정된다.

"TSMC는 AI 칩 제조를 위한 패키징 장비에 지속적으로 투자해 왔지만, 여전히 패키징 단계에서 병목 현상이 발생한다는 지적이 있었습니다." 업계 관계자의 말이다. "이번 아웃소싱 확대는 시장 수요가 계속 성장함에 따라 주요 OSAT 파트너들과 함께 생산 능력을 증대시키려는 시도입니다."

OSAT 투자 증가는 특히 웨이퍼 및 인터포저 다이싱(dicing) 및 본딩 공정과 관련된 백엔드 장비 공급망에 혜택을 줄 것으로 예상되며, 여러 한국 장비 업계 소식통들은 레이저 가공 및 본딩 분야에서 CoW 관련 장비 공급 논의가 이미 진행 중이라고 밝혔다.

TSMC가 가장 첨단 노드의 생산 가동을 가속화하는 시점에서 이러한 CoW 아웃소싱 확대가 이루어지고 있다. 엔비디아, AMD, 브로드컴(NVIDIA, AMD, Broadcom) 등의 고객 수요에 힘입어 TSMC는 2026년 말까지 2nm 공정의 월간 생산 목표치인 10만 개 웨이퍼 달성에 차질이 없을 전망이다. 또한 TSMC의 3nm 생산량은 2026년 4분기 일정보다 앞당겨져 월 18만 개 웨이퍼 수준에 도달할 것으로 예상된다. 2nm 공정은 2026년 3분기 매출의 3%를 차지했으며, 동일한 단계에서 3nm 대비 4배 많은 테이프아웃(tapeout)을 기록했다.

CoW 아웃소싱 확대는 리드 에지 리소그래피(leading-edge lithography)뿐만 아니라 패키징 단계 역시 AI 칩 공급의 중요한 병목 구간임을 전략적으로 인정하는 것이다. TSMC는 OSAT 파트너의 생산 능력을 활용하여 혼자서 달성하는 것보다 더 빠르게 전체 출력을 높이는 것을 목표로 한다. OSAT 업체들에게 이는 높은 가치의 패키징 작업을 더 많이 맡게 됨으로써 상당한 성장 기회를 의미한다. 이 같은 움직임은 AI 수요가 공급망 전반에 걸쳐 대규모 자본 지출을 정당화할 만큼 강력함을 시사하며, 반도체 장비 제조사와 소재 공급업체에게 긍정적인 영향을 미칠 것으로 보인다.